氨气影响乙烯层流扩散火焰颗粒微观结构的试验研究.pdf

ISSN 1674-8484CN 11-5904/U汽车安全与节能学报,第14 卷 第 5 期,2023 年J Automotive Safety and Energy,Vol.14 No.5,2023氨气影响乙烯层流扩散火焰颗粒微观结构的试验研究钱伟伟1，石秀勇*1，李 松2，帅石金3,4（1.同济大学汽车学院，上海 201804，中国；2.华东交通大学机电与车辆工程学院，南昌 330013，中国；3.清华大学，汽车安全与节能国家重点实验室，北京 100084，中国；4.清华大学航空发动机研究院，北京 100084，中国）摘 要：为分析双燃料燃烧下氨气燃烧对所产生颗粒微观结构性质的影响，该文以乙烯和氨气/乙烯层流扩散火焰为研究对象，借助同轴扩散火焰设备和高倍透射电镜，通过探针取样的方法对层流扩散火焰中不同火焰高度（15 mm 和 30 mm）进行颗粒微观结构性质分析。结果表明：较于乙烯火焰，添加氨气后，火焰着火高度从7 mm上升至12 mm，颗粒形貌呈现葡萄状或者链状的团聚体结构；在火焰高度15 mm 处，团聚体的分形维数由1.85 增加至 2.15左右，上升约16.2%，颗粒物堆叠程度增大；团聚体由数十至数百个基本碳粒子组成，平均直径分布在 2025 nm，使用氨气后，基本碳粒子平均直径增大约 6%，同时其微晶间距减小，微晶长度增大，曲率减小，颗粒物更加稳定。关键词：双燃料燃烧；乙烯/氨气；层流扩散火焰；颗粒物；微观结构性质中图分类号：TK 448.21 文献标识码：A DOI:10.3969/j.issn.1674-8484.2023.05.011Experimental study on the effect of ammonia on nanostructure of particulate matters in ethylene laminar diffusion flamesQIAN Weiwei1,SHI Xiuyong*1,LI Song2,SHUAI Shijin3,4(1.School of Automotive Studies,Tongji University,Shanghai 201804,China;2.School of Mechatronics and Vehicle Engineering,East China Jiaotong University,Nanchang 330013,China;3.State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy,School of Vehicle and Mobility,Tsinghua University,Beijing 100084,China;4.Institute for Aero Engine,Tsinghua University,Beijing 100084,China)Abstract:To analyze the influence of ammonia on the nanostructure of particulate matters(PMs)under dual-fuel combustion conditions,the laminar diffusion flame of ethylene and ammonia/ethylene was studied by using the diffusion flame equipment and the high-resolution transmission electron microscope.The morphology and nanostructure properties of PMs of different flame heights(15 mm and 30 mm)in laminar diffusion flame were analyzed by probe sampling method.The results show that the lift-off height increases with the addition of ammonia from 7 mm to 12 mm in comparation with the ethylene flame;In addition,the morphology of PMs shows a grape-like or chain-like aggregate structure;At the flame height of 15 mm,the addition of ammonia increases the fractal dimension of aggregates from 1.85 to 2.15,by about 16.2%,which means the stacking 收稿日期/Received：2023-03-14。修回日期/Revised：2023-07-15。基金项目/Supported by：汽车安全与节能国家重点实验室开放基金课题（KFY2229）。第一作者/First author：钱伟伟（1993），男（汉），山东，博士研究生。E-mail：。*通讯作者/Corresponding author：石秀勇，副教授。E-mail：。11/13618 627619钱伟伟，等：氨气影响乙烯层流扩散火焰颗粒微观结构的试验研究degree of aggregates increases.Moreover,the aggregate consists of dozens to hundreds of primary particles with an average diameter distribution between 20 nm and 25 nm;The average diameter of primary particles increases by about 6%with the addition of ammonia,while the distance between fringes decreases,the length of fringes increases,the curvature decreases,and the PMs is more stable with the use of ammonia.Key words:dual-fuel combustion;ethylene/ammonia;laminar diffusion flame;particulate matters;nanostructure properties发动机作为重要的动力源，在重型卡车、农业机械和远洋货轮中发挥着不可替代的作用。然而，颗粒作为发动机的排放物之一，严重制约发动机的进一步发展。颗粒对人体和环境有害，且其浓度、微观结构和粒径分布不同，危害程度不同。颗粒的直径越小，健康风险越高，因为较小的颗粒可以携带有毒物质进入人体呼吸系统。据报道，截止到 2015 年，空气中的PM2.5夺去了420万人的生命，并导致 1.031亿人残疾1。因此，控制颗粒排放迫在眉睫。使用清洁能源是减少颗粒生成与排放的重要方法之一。氨气作为非碳类燃料，在燃烧过程中不会产生 CO2、CO 或碳氢化合物等产物2，被认为是重要的清洁能源。氨气应用广泛，全球约 80%的氨用于农业肥料，剩下的 20%用于制冷、水的净化和各种产品的工业制造3-4。同时，氨气也被认为是氢能源的载体，本身含有17.6%的氢，而甲醇中仅含有12.5%5-6。液态无水氨中的氢能量密度显著高于液氢与其他燃料如甲醇、乙醇和汽油等5-6。氨气同样易断裂化学键以产生用于燃料电池或发动机的氢能7。此外，与氢气相比，液态氨的储存和运输更简易且更安全，氨气在环境温度下较低的压力（1.03 MPa）或环境压力下较低的温度（240 K）即可液化和储存。而氢气则需要更高的压力（24.82 MPa）或更低的温度（20 K）才能以液态形式储存8。并且氨气的辛烷值高于汽油与天然气，这使得发动机可在更高的压缩比下运行，产生更高的效率2,8。氨气制备工艺成熟，能够通过热催化合成和电化学方法合成，可被认为是一种可再生能源9。因此，氨气是发动机的重要替代物和最有潜力的燃料之一。但是，由于氨气的高自燃温度、低火焰传播速度、较窄的可燃性极限及高的汽化潜热，着火性质较差9。因此，在不改变发动机结构的情况下纯氨压燃发动机的研究结果并不理想，通常需要辅助着火或者双燃料燃烧以达到发动机稳定运行目的。如 LIU Zongkuan等2采用预燃室射流引燃方式令纯氨单缸发动机着火并运行，其指示热效率在 28%33%。XIN Gu 等10以氨氢燃料 Miller 循环火花点火发动机为研究对象，研究了当量比和稀燃条件下氨氢混合对Miller 循环发动机性能的影响，其有效热效率同样在 29%30%，最高达31%。WEI Wenwen 等11研究了添加氨气对天然气发动机的影响，研究发现随着氨气比例的增高，CO2排放减少。同样的，E.Nadimi 等12使用氨气/柴油双燃料发动机研究了氨替代柴油的影响，研究发现，增加氨气的比例可提高指示热效率且最高热效率可达 38%，同样减少了CO、CO2和颗粒的排放。因此，相比于纯氨发动机或者改变发动机结构引燃氨气等方法，使用双燃料或以氨气为添加剂的方式对发动机的性能更佳且更易实现。然而，双燃料的使用会产生各种有别于单燃料的颗粒物，进而影响发动机后处理设备的使用。如WEI Jiangjun等13研究了相同含氧量（5%）下，甲醇、甲缩醛、碳酸二甲酯等燃料与柴油掺混燃料产生不同性质的颗粒，发现甲醇/柴油混合燃料的颗粒有更短的微晶长度、更宽的微晶间距和更大的扭曲度，并且使用 Raman 光谱验证了这一点。颗粒物中脂肪族 C-H 官能团的浓度从高到低依次为柴油、碳酸二甲酯、甲缩醛和甲醇。FAN Chenyang等14评估了碳酸二甲酯/柴油混合燃料颗粒物的化学性能，使用碳酸二甲酯后，sp3/sp2 杂化比增大，说明产生的颗粒物外部石墨程度减小，无序碳增加,同时，脂肪族C-H 与芳香烃 C=C 的比例也增大。QIAN Weiwei 等15研究了甲缩醛/柴油混合燃料颗粒物微观形貌和氧化活性，发现使用甲缩醛后，产生的颗粒物的致密性降低，其形状更规则。PAN Mingzhang 等16研究了甲缩醛/柴油混合燃料颗粒物的化学性质，指出甲缩醛的使用降低了颗粒物中脂肪族 C-H 键的浓度，并且，sp3/sp2杂化比对颗粒物活化能的影响最小；此外，还研究了相同氧气浓度下，含有不同长度碳链的醇类混合燃料所产生的颗粒物性质的异同，发现在柴油、柴油/甲醇、柴油/正丁醇和柴油/正辛醇 4 种燃料中，正丁醇/柴油混合燃料颗粒物有更小的分形维数、更小的粒径17。因此，基于上述研究可知，不同替代燃料产生不汽车安全与节能学报620第 14 卷 第 5 期 2023 年同性状的颗粒物，而其中所产生颗粒物更稳定更规则的原因主要包括以下几点：1）替代燃料本身结构易于反应进行，所产生的颗粒物是氧化较彻底的产物；2）替代燃料的使用使发动机缸内温度和排温增大，也利于生成颗粒物得到进一步氧化。3）替代燃料由于有较高的蒸发潜热值和较低的低热值，滞燃期增大，燃料与空气混合更为均匀，有利于颗粒物规则度更高。由于发动机本身受多条件影响，燃料变化必然引起喷油量、持续期、缸内涡流比、温度等多因素变化，所以难以分析燃料本身对颗粒物产生及其性状产生的影响。同轴扩散火焰在研究燃料燃烧有独特的优势，其简化了物理过程，去除了压力、湍流和喷雾等发动机条件的影响，能够实现多维结构碳烟生成的详细基础研究。华中科技大学成晓北等18借助同轴扩散火焰设备，通过气相动力学模型分析了醇掺混柴油的颗粒物生成过程。北京理工大学刘福水等19通过同轴扩散火焰研究了富氧环境下燃料的乙烯的气相反应过程，给出了颗粒生成过程。并且分析了OH自由基对颗粒物前驱物生成的影响关系。天津大学刘海峰等20-21使用同轴扩散火焰对不同醇类的碳烟前驱物进行了分析，发现碳烟前驱物受燃料影响较大，掺混丁醇后碳烟粒径最小，其次是掺混乙醇。REN Fei 等22借助同轴扩散火焰分析了乙烯火焰中添加氨气对多环芳香烃的影响，发现氨的使用延缓和抑制了多环芳香烃的形成。ZHANG Kai等23指出在乙烯火焰中添加氨气抑制了颗粒物成核和表面成长过程。通过以上分析可发现，使用同轴扩散火焰分析颗粒的优势较为明显。然而，当前氨气对碳烟性质影响分析不足，文献更多地聚焦于同轴扩散火焰中燃料对碳烟及其前驱物产生浓度的影响，较少分析氨气对颗粒微观性质的影响关系。因此，为分析氨气对颗粒微观性质的影响，本文以乙烯和氨气/乙烯层流扩散火焰为研究对象，借助同轴扩散火焰，采用探针取样的方法，对层流扩散火焰中颗粒进行采集，采用高倍透射显微镜进行颗粒性质研究，分析其颗粒微观结构性质的变化，为氨气应用于发动机和氨气双燃料燃烧尾气处理提供参考数据。1 实验设计1.1 实验平台实验装置如图1 所示，主要包括燃烧器、颗粒采样平台、燃料平台和火焰图像采集设备。实验采用的燃烧器为 Gulder 型扩散火焰燃烧器，内径为12 mm，用来提供气体燃料燃烧；外径为 90 mm，用来提供空气；两管间填充多孔板和玻璃珠用来保证火焰稳定性。实验燃料选择乙烯和乙烯氨气混合气，其中，控制乙烯流量为160 mL/min，伴流空气流量100 L/min。乙烯氨气混合气燃烧时，控制氨气流量为 60 mL/min，乙烯与伴流空气流量不变，如表 1 所示。颗粒采样平台主要由控制器、碳针和碳载膜组成，碳烟采样装置可通过底部进行上下调节用来获取不同火焰高度下颗粒样品，碳载膜平行于火焰放置于金属碳针上，借助火焰的热泳效应，颗粒可自行吸附在碳载膜上。碳载膜选用超薄碳支持膜，铜载体，表面附一层碳膜（型号T11032）。在取样过程中，通过调节脉冲频率和占位比使碳支持膜在火焰中的停留时间为 25 ms，每个工况取火焰高度 15 mm 和 30 mm 位置。采集后的颗粒选择高倍透射电镜（FEI Tecnai G2 F30,美国FEI公司）分析，分辨率为 0.2 nm。使用高速相机对火焰图像进行采集，快门速度 20 s，拍摄速度1万fps。双向电磁阀燃料控制器燃烧器计算机高速相机空气压缩机空气储气罐AirN2N2NH3燃料气罐流量计MFCMFCMFCMFCC2H4颗粒采集平台 图 1 实验台架示意图表 1 实验条件相关参数内径/mm12.1外径/mm88.9乙烯流量/(mLmin-1）160伴流空气流量/（Lmin-1）100氨气流量/（mLmin-1）601.2 颗粒物团聚体分形维数计算颗粒形态结构不规则且复杂，呈现一种团聚体结构，且团聚体由数十、数百甚至数千个基本碳粒子组成15。分形维数通常用来描述基本碳粒子之间的密度程度和几何结构的不规则程度。这个参数是无量纲的。621钱伟伟，等：氨气影响乙烯层流扩散火焰颗粒微观结构的试验研究一般来说，分形维数越大，团聚体的结构越致密，组成团聚体的基本碳粒子之间的重叠越高。分形维数越小，团聚体的多孔性越大，基本碳粒子之间的重叠越低。团聚体的分形维数可从其二维 TEM 图像中提取相应参数，由分形计算式（1）得到 rpRgDfNP=kg（1）其中：Np为团聚体中的颗粒数，可根据团聚体的投影面积通过关系式（2）得到；kg为分形前因子，与旋转半径有关；Rg是团聚体的旋转半径，可通过关系式（3）求出；rp为碳粒子的平均半径；Df为分形维数。（2）其中：Aa为团聚体的投影面积，Ap为基本碳粒子的投影面积，a 和 ka为经验常数，这里 a 设为 1.19，ka设为 1.8124。2RgL（3）其中：L为团聚体的最大投影长度。利用 image-pro Plus 等软件对 TEM 图像进行处理分析，可以得到式（1）式（3）中的参数（rp,Aa,Ap,L），从而计算出不同工况下颗粒的分形维数。1.3 基本碳粒子微观结构计算根据 R.Wal 等28的计算方法来计算微观结构。微晶长度（La）定义为 （4）其中，dx 为微晶碳层上每 2 个像素点之间的距离，因此微晶长度La可以通过积分得到。微晶间距（da）定义为基本碳粒子微观结构中 2 个相邻碳层之间的间距，在透射电镜图中表示为 2 个平行微晶体之间的垂直距离。在粒子的微观结构形态中，微晶间距 da的计算是基于图像中每个像素的灰度值。曲率（扭曲度 Tf）定义为 Tf=La/Li.（5）其中L1为微晶碳层两端的线性距离。为获得上述微观结构参数，根据张炜26与李英27等的处理方法对高倍透射电镜获得的晶格条纹图像采用 matlab 编程并进行前处理，进行截取图像、求反、图像直方图均匀化、Gauss 低通滤波、高帽变换、闭运算、开运算、骨架化和去不必要的分支等操作后，对参数进行统计求平均值即可获得基本碳粒子石墨层结构的微观结构参数。2 结果分析2.1 氨气对乙烯层流扩散火焰的影响图 2 给出了乙烯火焰及乙烯/氨气火焰图像，如图所示，在乙烯中添加氨气使得火焰高度更高且其着火高度（lift-off height）增大，图中H1为乙烯火焰距离出口的着火高度，约为 5 mm；H2为乙烯氨气的着火高度，约为12 mm。可见其着火高度明显增大，这与熄火拉伸率（extinction strain rate）有较强烈的关系28，同样说明由于氨气的高自燃温度、低火焰传播速度及高的汽化潜热等特点，添加氨气对乙烯/氨气混合火焰着火具有抑制作用。本文对火焰高度15 mm 和火焰高度 30 mm 进行探针取样，来研究氨气对乙烯火焰颗粒微观性状的影响。806040200火焰高度/mm乙烯火焰乙烯氨气火焰H2H1 图 2 乙烯火焰与乙烯/氨气火焰图像2.2 氨气对乙烯层流扩散火焰颗粒团聚体的影响图 3 展示了不同燃料下不同火焰高度取得的颗粒物形貌图，可见，颗粒物是由几十个基本碳粒子组成的葡萄状或者链状的团聚体结构，团聚体多分散性，且基本碳粒子直径在 2030 nm，与发动机尾气颗粒物形貌相似15。随着采样高度的提高，2 种燃料的火焰颗粒团聚体更成熟，基本碳粒子呈现更接近“圆形”，而在低火焰高度下，基本碳粒子不规则程度增大；且高火焰高度下颗粒团聚体链更长。分形维数通常用来表示颗粒的结构致密性，分形维数越高，团聚体越致密；分形维数越小则团聚体越松汽车安全与节能学报622第 14 卷 第 5 期 2023 年（a）乙烯火焰，H1=15 mm50 nm50 nm（b）乙烯火焰，H1=30 mm图 3 乙烯火焰与乙烯/氨气火焰颗粒团聚体形貌图（c）乙烯/氨气火焰，H2=15 mm50 nm50 nm（d）乙烯/氨气火焰，H2=30 mm增加而被氧化，颗粒更加成熟。总的来说，2 种火焰颗粒的分形维数处于1.82.2，且使用氨气后，颗粒的堆叠程度增大。乙烯火焰与乙烯氨气火焰颗粒的基本碳粒子直径分布如图 5 所示，在 15 mm 火焰高度处，基本碳粒子的直径统计分布约在 1034 nm，而在 30 mm 处，基本碳粒子的直径统计分布则约在 1440 nm。乙烯火焰的颗粒粒径分布更接近 Guass 分布，而乙烯/氨气火焰在某一粒径范围内颗粒更多。?%4030201001020304050?mmd=(20.2 4.02)nm（a）乙烯火焰，H1=15 mm d=(24.7 4.62)nm?%4030201001020304050?mm（b）乙烯火焰，H1=30 mm?%4030201001020304050?mmd=(21.5 5.57)nm（c）乙烯/氨气火焰，H2=15 mm散。图 4 给出了不同燃料火焰颗粒中团聚体的堆叠程度（结构致密性）。?2.32.22.12.01.91.81.7?mm1530图 4 乙烯火焰与乙烯/氨气火焰颗粒分形维数研究发现，对于乙烯火焰颗粒，2 种火焰高度下，分形维数基本相近，随着火焰高度的增加略有降低，约为1.85。而添加氨气后，分形维数明显升高，颗粒的堆叠程度增大。当火焰高度为15 mm 时，添加氨气令团聚体的分形维数由1.85 增加至 2.15 左右，上升约16.2%。这可能是由于添加氨气后，火焰的着火高度增加，相对于乙烯火焰，乙烯/氨气火焰在 15 mm 处的火焰温度较低，颗粒氧化程度低，因而堆叠程度大；在30 mm 处，分形维数降低，表明团聚体随火焰温度的623钱伟伟，等：氨气影响乙烯层流扩散火焰颗粒微观结构的试验研究?%?mmd=(24.4 4.17)nm4030201001020304050（d）乙烯/氨气火焰，H2=30 mm图 5 乙烯火焰与乙烯/氨气火焰基本碳粒子直径分布基本碳粒子平均直径如图 6 所示。可见在火焰高度15 mm 处，乙烯火焰的基本碳粒子直径（20.2 nm）小于乙烯/氨气火焰的基本碳粒子直径（21.5 nm），下降约 6%。这可能和乙烯/氨气火焰在该处的火焰温度较低，氧化部分较少，无序碳数量更多引起的;在火焰高度 30 mm 处，2 个火焰的基本碳粒子平均直径更为接近分别为 24.4 nm 和 24.7 nm，而相同火焰下，高火焰高度下，基本碳粒子直径明显增加。26252423222120?nm?mm1530图 6 不同火焰和高度下基本碳粒子平均直径2.3 氨气对乙烯层流扩散火焰颗粒基本碳粒子微观结构的影响图 7 为不同燃料不用火焰高度下颗粒的基本碳粒子形貌图，4 组样品均为“外壳 内核”29的结构形貌。内核有一个至多个不等的无序碳，直径约为 5 nm；内部的无序碳有明显的圆形边界，与 Ishiguro 等29的结论一致。而外壳则由多个碳层组成，结构扭曲25。研究发现这些扭曲结构既包括五元环又包含六元环，是由多环芳烃凝固时颗粒成长形成30，且外壳由周期性取向的近似石墨结构的微晶组成。微晶是由化学物质的缩合和由分子、离子、自由基或碳原子引起的表面反应形成的31。观察图 8 发现，4 组样品在高倍透射电镜图上并未有明显的差别。（a）乙烯火焰，H1=15 mm（b）乙烯火焰，H1=30 mm（c）乙烯/氨气火焰，H2=15 mm（d）乙烯/氨气火焰，H2=30 mm5 nm5 nm5 nm5 nm图 7 基本碳粒子形貌图图8为不同火焰下基本碳粒子石墨层层间距的分布图，各图呈现单峰趋势，层间距分布在 0.20.9 nm，其峰值均在 0.40.5 nm。随着氨气的添加，不同高度下，颗粒中基本碳粒子的微晶层间距峰值提前，层间距有减小的趋势。?%4030201000.40.60.81.0?nmda=(0.45 0.14)nm0.2（a）乙烯火焰，H1=15 mm汽车安全与节能学报624第 14 卷 第 5 期 2023 年?%4030201000.40.60.81.00.2?nmda=(0.43 0.145)nm（b）乙烯火焰，H1=30 mm?%4030201000.40.60.81.00.2?nmda=(0.43 0.16)nm（c）乙烯/氨气火焰，H2=15 mm?%4030201000.40.60.81.00.2?nmda=(0.40 0.163)nm（d）乙烯/氨气火焰，H2=30 mm图 8 基本碳粒子微晶结构层间间距分布图9 为不同火焰高度和不同燃料下基本碳粒子微晶结构平均层间距比较，可见平均层间距在 0.40.45 nm。相同火焰高度下，添加氨气的基本碳粒子微晶层间距减少，降低约 4%。而相同火焰下，高火焰高度令颗粒层间距减小，同样降低约 4%。这可能由于高火焰高度下，温度更高，壳层间的原子得到进一步反应，进而引起碳层间距逐渐减小。图10 为不同火焰高度和不同燃料下基本碳粒子微晶长度分布图比较，可见，微晶长度呈现单峰分布，分布范围在 0.34.0 nm，峰值约为 0.5 nm。?nm0.480.460.440.420.400.38?mm?图 9 不同火焰和高度下基本碳粒子微晶结构平均层间距?%?nm403020100012345La=(0.85 0.81)nm（a）乙烯火焰，H1=15 mm?%?nm403020100012345La=(0.93 0.70)nm（b）乙烯火焰，H2=30 mm?%?nm403020100012345La=(0.887 0.77)nm（c）乙烯/氨气火焰，H1=15 mm625钱伟伟，等：氨气影响乙烯层流扩散火焰颗粒微观结构的试验研究图11为不同火焰高度和不同燃料下基本碳粒子平均微晶长度比较，可见，基本碳粒子平均微晶长度分布在 0.840.96 nm。相同火焰下，基本碳粒子微晶长度 30 mm 处大于15 nm 处，增长约 9.5%。相同火焰高度下，乙烯火焰中添加氨气使颗粒的微晶长度增加，增长约 4%；这是由于使用氨气后，颗粒的堆叠程度增大，基本碳粒子表面的短链部分更容易聚集，导致短链部分逐渐消失，长链不断增加，因此微晶长度增大。1.000.950.900.850.80?nm?mm1530图 11 不同火焰和高度下基本碳粒子微晶长度图12 为不同火焰和不同火焰高度下基本碳粒子曲率分布比较，可见，曲率分布同样呈现单峰分布，分布范围在 1.02.8，峰值范围在 1.21.4。图 12 基本碳粒子曲率分布比较（d）乙烯/氨气火焰，H2=30 mm图 10 基本碳粒子微晶长度分布?%?nm403020100012345La=(0.953 0.757)nm（a）乙烯火焰，H1=15 mm （b）乙烯火焰，H2=30 mm?%504030201001.01.52.02.53.03.54.0?df=(1.428 0.59)nm?%504030201001.01.52.02.53.03.54.0?df=(1.4 0.334)nm（c）乙烯/氨气火焰，H1=15 mm（d）乙烯/氨气火焰，H2=30 mm?%504030201001.01.52.02.53.03.54.0?df=(1.37 0.485)nm?%504030201001.01.52.02.53.03.54.0?df=(1.355 0.473)nm汽车安全与节能学报626第 14 卷 第 5 期 2023 年图13为不同火焰和高度下的基本碳粒子平均曲率图。由图可知，平均曲率范围在 1.351.43，相同高度下添加氨气后曲率均减小；相同火焰下，较高的火焰高度处的曲率同样降低。这是因为，较大的曲率导致碳层应变进而暴露出更多的单个原子15，致使颗粒更不稳定，更容易被消耗；而在乙烯火焰内添加氨气提高了颗粒中基本碳粒子的稳定性，使得颗粒更不容易被消耗。?1.461.441.421.401.381.361.34?mm1530?图 13 不同火焰和高度下基本碳粒子平均曲率3 结论本研究借助层流扩散火焰结合高倍透射电镜方法分析了乙烯火焰和乙烯/氨气火焰颗粒的微观形貌和微观参数性质，主要研究结论如下：1）添加氨气对乙烯/氨气混合火焰着火具有抑制作用，在乙烯中添加氨气使火焰高度更高且其着火高度增大。2）2 种火焰的颗粒由葡萄状或者链状的团聚体结构组成，团聚体多分散性，且基本碳粒子直径在2030 nm；颗粒的分形维数处于 1.82.2，且掺加氨气后，颗粒的堆叠程度增大。3）2 种火焰不同高度的基本碳粒子均呈现“外壳 内核”的微观结构，内部由无序的碳组成，外部由石墨微晶组成。氨气的添加令微晶间距减小、微晶长度增加、曲率减小。使用氨气后颗粒更加稳定。参考文献（References）1 Cohen A J,Brauer M,Burnett R,et al.Estimates 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